發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 16:56

【摘要】：軟土地基處理歷來是巖土工程的技術(shù)難題,如何能夠經(jīng)濟(jì)高效地提高軟土體的固結(jié)排水效率,同時(shí),又要對(duì)周邊環(huán)境造成的影響降到最低,這是每一個(gè)從事軟土地基處理的巖土工程技術(shù)人員需要考慮的問題。傳統(tǒng)的井點(diǎn)降水技術(shù)可以迅速降低軟土層內(nèi)部的地下水位,從而可以用于防止軟土基坑發(fā)生土體滲透破壞。論文利用井點(diǎn)降水技術(shù)的優(yōu)勢(shì),同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)的砂井地基方法,創(chuàng)造性地提出了一種虹吸排水聯(lián)合堆載處理軟土的方法,并對(duì)相關(guān)問題開展了理論分析和模型試驗(yàn)研究。(1)針對(duì)軟土滲透系數(shù)小而虹吸排水能力強(qiáng)的特性,將豎向排水體打穿軟土層的滲流問題處理為定降深完整井抽水非穩(wěn)定流問題,通過理論推導(dǎo),獲得了定降深完整井抽水非穩(wěn)定流問題中,水位和流量的近似解,對(duì)比表明所推求的近似解與嚴(yán)格的解析解吻合較好,在實(shí)際的定降深抽水工程應(yīng)用中,獲得的降深和流速變化也與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合。(2)在非穩(wěn)定井流理論的基礎(chǔ)上,針對(duì)軟土虹吸排水技術(shù)特性,提出了不考慮越流的潛水完整井定降深非穩(wěn)定井流模型,并采用Boltzmann變換,得到了該數(shù)學(xué)模型的解析解,可以描述軟土在虹吸排水過程中,地下水位降深變化和虹吸流量變化,對(duì)比經(jīng)典解析解結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,表明所提出的解析解誤差較小,能滿足工程應(yīng)用的需求。(3)采用物理模擬方法,研究了應(yīng)用虹吸排水聯(lián)合堆載后軟土內(nèi)部孔隙水壓力、地表沉降以及排水流量的變化特性,通過與傳統(tǒng)砂井地基固結(jié)理論計(jì)算得到的孔隙水壓力和沉降變化進(jìn)行對(duì)比,表明采用虹吸排水聯(lián)合堆載預(yù)壓處理地基時(shí),土體內(nèi)部以徑向滲流固結(jié)為主,該方法通過降低塑料排水板中的水位,促進(jìn)軟土中地下水滲流,可以提高土體排水速率,且滲流方向由上而下,與土體自重方向一致,可加速土體的固結(jié)沉降。(4)通過對(duì)比分析虹吸排水聯(lián)合堆載固結(jié)方法與無堆載下虹吸排水固結(jié)模型試驗(yàn),以及無虹吸作用下的堆載固結(jié)模型試驗(yàn)中孔隙水壓力、固結(jié)度以及豎向排水體中的流量變化,表明所提出的虹吸排水聯(lián)合堆載固結(jié)方法可以更快提高土體強(qiáng)度,在實(shí)驗(yàn)室尺度下,采用虹吸排水可以縮短土體固結(jié)時(shí)間約為20%。有堆載情況下,最終的地表沉降和沉降差均大于無堆載下虹吸排水固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果,而沉降和孔隙水壓力的穩(wěn)定時(shí)間相近,表明堆載作用無法提高土體的排水效率,但堆載作用使土體更加密實(shí)。說明虹吸排水聯(lián)合堆載技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。(5)開展了虹吸排水群井模型試驗(yàn),分別進(jìn)行了單井、雙井以及三井模型試驗(yàn),通過對(duì)土體底部孔隙水壓力、土體表面沉降以及排水板內(nèi)虹吸流量的變化分析,表明群井條件下的孔隙水壓力、沉降達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間顯著小于單井條件下達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。(6)應(yīng)用水動(dòng)力學(xué)理論,采用顆粒沉降模型,對(duì)土柱在虹吸水流作用下的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析,表明土柱容易在虹吸管彎曲圓弧段形成淤堵,可以通過減小虹吸管彎曲圓弧段半徑、降低虹吸管出水口高度以及減小虹吸管長度,達(dá)到減小淤堵。
【圖文】：

況下的抽水試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。逡逑１．４虹吸排水方法研究現(xiàn)狀逡逑虹吸現(xiàn)象是由于液態(tài)分子之間存在引力和位能差導(dǎo)致的，如圖１．２所示，由逡逑于１斷面和３斷面存在位能差，導(dǎo)致１斷面處的液體通過虹吸管向上運(yùn)動(dòng)，液逡逑體運(yùn)動(dòng)到最高處后，向底部的容器流出，直至１斷面和３斷面的液面高度相同。逡逑虹吸管內(nèi)的液體可以在虹吸作用下，持續(xù)不斷地向低高程液面流動(dòng)，因此可以逡逑實(shí)現(xiàn)液體的免動(dòng)力跨流域運(yùn)輸。逡逑人們很早就注意到了虹吸現(xiàn)象，并將該現(xiàn)象應(yīng)用于日常生活中。在中國古代，逡逑出現(xiàn)了很多利用虹吸原理的裝置，例如東漢末年出現(xiàn)的用于灌溉的“渴烏”、西南逡逑少數(shù)民族用于飲酒的長竹管、宋朝出現(xiàn)的將山上的泉水引下山的竹管、以及中國逡逑古代利用虹吸原理制作的唧筒，，用于撲滅攻城打仗引起的大火等等［１（）６］。逡逑當(dāng)前對(duì)虹吸現(xiàn)象已經(jīng)有了很明確的認(rèn)識(shí)，虹吸現(xiàn)象是由于液態(tài)分子間引力和逡逑位能差導(dǎo)致的

圖１．３虹吸聯(lián)合堆載示意圖逡逑針對(duì)新方法的探索性研究，本文進(jìn)行了理論分析和模型試驗(yàn)研究，技術(shù)路線逡逑如圖１．４所示。為了研究虹吸排水聯(lián)合堆載固結(jié)方法的可行性和有效性，需要首逡逑先對(duì)其作用機(jī)理有一定的認(rèn)識(shí)。由于虹吸排水速率較快，軟土自身排水能力較弱，逡逑因此，在虹吸啟動(dòng)后，會(huì)把塑料排水板中的水位迅速降低，并保持在一個(gè)持續(xù)的逡逑低水位狀態(tài)下，因此，虹吸排水的問題可以看成是定降深的抽水問題，而原有定逡逑降深的抽水問題公式復(fù)雜，難以應(yīng)用，因此提出了近似解，并根據(jù)近似解的方法逡逑提出適用于軟土地基虹吸排水的解析解，從理論角度解釋該方法的作用機(jī)理。同逡逑時(shí)，為了說明該新方法的可行性，需要進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，為了突出該方法的優(yōu)勢(shì)，逡逑需要將室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果與砂井地基理論解、砂N<地基模型試驗(yàn)以及僅有虹吸作逡逑用的模型試驗(yàn)做對(duì)比。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，排水板以群井的形式布置，因此在室內(nèi)需逡逑開展群井模型試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU472

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2709831